全水中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能技術分析與探討

章恩華 沈民峰 章彬彬

摘 要：隨著我國社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，煙廠生產(chǎn)環(huán)境也在不斷提高，當今全水中央空調(diào)（下文簡稱"中央空調(diào)"）在煙廠生產(chǎn)中的應用愈加廣泛。煙廠對恒溫恒濕要求高，針對中央空調(diào)實際使用情況，本文提出一種中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，采用PLC技術實現(xiàn)自動調(diào)控，加強中央空調(diào)運行的節(jié)能性。

關鍵詞：中央空調(diào)；節(jié)能技術；變頻器；PLC

引言

PLC控制器中的冷凍水變頻流量控制技術，可以實現(xiàn)空調(diào)運行變頻調(diào)控，這樣即可對水泵轉速進行調(diào)節(jié)，加強熱交換速度的的控制，這樣就實現(xiàn)了中央空調(diào)系統(tǒng)的恒溫運行，避免在運行中造成過量的消耗。

1、PLC技術以及中央空調(diào)

1.1PLC技術概述

PLC（ProgrammableLogicController，PLC）技術也稱之為可編程邏輯控制器，該項技術主要是采用了一類可編程存儲器，應用在內(nèi)部存儲程序當中，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向生產(chǎn)區(qū)域的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。該項技術克服了繼電接觸系統(tǒng)中的機械接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性差等特點，全面發(fā)揮樂江微處理器的優(yōu)勢，特別是在PLC程序編程當中，不需要具備專業(yè)的的語言知識，而是采用繼電器梯形圖作為簡單的指令，即可完成系統(tǒng)編程，應用十分便捷。

1.2中央空調(diào)節(jié)能設計原則

從目前發(fā)展現(xiàn)狀來看，中央空調(diào)更多是用作于對建筑內(nèi)空氣的處理和凈化，讓空氣的濕度和溫度達到指定標準，滿足人們的舒適度需求。因此在空調(diào)系統(tǒng)運行中，要結合天氣和氣候狀況，對室內(nèi)空氣的溫度、濕度、流速進行調(diào)節(jié)，在這些功能實現(xiàn)過程中，要對空氣進行加熱、冷卻、過濾。所以在系統(tǒng)構成當中要對整個冷卻、熱水系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)和控制。

中央空調(diào)指令系統(tǒng)提出了對空調(diào)溫度、濕度的控制要求后，相關指令會直接傳輸?shù)秸{(diào)節(jié)器當中，之后調(diào)節(jié)器會對設備運行形態(tài)進行重新定義，把所得出的比例值傳遞給執(zhí)行器，在接收到相關指令后，執(zhí)行器會根據(jù)指令標準與要求進行調(diào)整，從而對空氣中的各項指標進行調(diào)節(jié)。在此過程中，中央空調(diào)的冷卻機組和加熱機組會一直處在待機狀態(tài)，結合件那執(zhí)行器指令動作對空調(diào)運行情況進行調(diào)節(jié)和調(diào)整，從而達到固定標準的目的。

2、基于PLC技術的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)節(jié)能設計

2.1硬件設備

基于PLC技術作為構成的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，可以采用一次泵系統(tǒng)形式，其中包括2臺冷水機組，設置單機制冷量為400USRT，冷凍水泵的電動機功率為300KW和55KW，一個為主機、一個為備用機；采用2臺75KW的冷卻水泵，一個為主機、一個為備用機；3臺冷卻塔，額定功率為5.5KW，額定電流為13A。此節(jié)能系統(tǒng)主要是在一臺水泵或電機產(chǎn)生故障時，會立即啟動備用電機，從而保障整個中央空調(diào)系統(tǒng)可以正常運行，保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，不會影響到空調(diào)系統(tǒng)正常工作、生產(chǎn)。

在空氣調(diào)節(jié)機組中，表面冷卻器不具備加濕功能，為增加空氣的含濕量，以確保規(guī)定的相對濕度指標，需要對空氣進行加濕處理。采用各種形式的加濕裝置，構成組合式空氣調(diào)節(jié)機組的加濕段。本系統(tǒng)采用噴蒸汽加濕，為空調(diào)工程中常用的立式干蒸汽加濕器。

2.2中央空調(diào)控制系統(tǒng)節(jié)能技術與設計方案

（1）中央空調(diào)水系統(tǒng)

為了能夠保障空調(diào)系統(tǒng)中的循環(huán)水流量與負荷波動相互匹配，需要在空調(diào)水系統(tǒng)中加入變頻器進行水量控制，這樣即可減少中央空調(diào)在實際運行中的耗能。想要加強中央空調(diào)控制系統(tǒng)的節(jié)能性，需要重點關注冷卻水、凍水泵、冷卻風機的變頻控制，避免電能過量消耗。兩臺冷卻水泵為M1和M2，兩臺冷凍水泵分別為M3和M4，并在其中增設變頻調(diào)速器（見圖1）。通常情況下，PLC系統(tǒng)會讓空調(diào)控制系統(tǒng)默認為變頻調(diào)速形態(tài)，運行頻率在40Hz左右（30-50Hz屬合理范圍）。如果本系統(tǒng)在實際運行中部分部件出現(xiàn)了故障情況，在生產(chǎn)區(qū)域可以通過啟動原水泵控制回路讓電機轉變成工頻運行形態(tài)。本中央空調(diào)中的冷卻塔而定功率為5.5KW，功耗相對較低，所以可以不采用變頻控制方案。

（2）循環(huán)水泵主電路

在該系統(tǒng)當中，水泵主電路主要是采用了串聯(lián)與并聯(lián)結合的形式，冷卻泵M1和M2和一臺變頻器F1互聯(lián)；并且設置兩個旁路接觸器為KM12和KM22，變頻接觸器為KM11和KM21；冷凍水泵共采用一個變頻器F2，旁路接觸器分別為KM32和KM42，接觸器為KM31和KM41。變頻器和旁路器都通過PLC進行控制。

（3）水系統(tǒng)控制回路

水系統(tǒng)控制回路當中冷卻水和冷凍水采用了溫差控制技術，把兩個水系統(tǒng)的溫差控制在5℃左右（4-6℃范圍內(nèi)）。PLC系統(tǒng)會通過設置的溫度傳感器與控制模塊，可以檢測冷凍水的出水和回水溫度，并進行檢測，通過得出的水溫檢測信息和溫度變化對變頻器轉速進行自動化調(diào)節(jié)，并調(diào)節(jié)冷凍水流量，改變熱交換速率。用傳感器測量供水/回水溫度，采用A/D轉換器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC系統(tǒng)當中進行處理和計算，這樣即可對變頻器速率進行調(diào)節(jié)，也可以對水泵轉速進行控制，如圖1.

2.3 PLC的控制系統(tǒng)

PLC系統(tǒng)內(nèi)部結構圖

（1）內(nèi)部程序

本程序主要是采用了電壓信號變頻器，主要是用作控制水泵轉速和水溫度。采用PID控制算法控制輸出電壓，從而減少電能損耗量。如圖1所示，兩個子程序分別是F1和F2變頻器電壓控制參數(shù)，將整個主程序劃分為兩個獨立的子程序，并向控制程序當中輸入PID控制參數(shù)，服務器主要采用定時中斷方法，將時間間隔設置成10ms。整個系統(tǒng)程序主要加強空調(diào)使用現(xiàn)場各個循環(huán)泵的定時程序，控制空調(diào)系統(tǒng)中的溫度傳感器和變頻器，工作人員在控制終端中（觸摸屏）按下制定功能按鍵即可實現(xiàn)相關功能。在PLC程序編程當中，需要結合子程序運行要求進行，這樣可以更好的讓主程序調(diào)動子程序，從而實現(xiàn)各種控制功能，加強中央空調(diào)的節(jié)能性。

（2）觸摸屏顯示功能設計

觸摸屏是人機交互中的重要組建，組態(tài)軟件可以采用西門子winCC flexible2014，該軟件可以實現(xiàn)自動報警、報警信息記錄、報表打印、生成控制曲線圖等多項功能。如果生產(chǎn)區(qū)域在實際應用中有其他需求，可以對整個軟件進行重新設置，滿足生產(chǎn)區(qū)域的個性化需求。在觸摸屏設計當中，主要包括的功能模塊有：功能總畫面、系統(tǒng)參數(shù)設置、PID參數(shù)設置、選擇運行模式、顯示空間溫度、故障報警、一鍵恢復等功能界面。也可以直接操控冷凍水泵和冷卻水泵，可以實現(xiàn)水泵的啟動/停止功能、手動/自動操作模式、加速/減速功能按鍵以及自動控制開關。在數(shù)據(jù)參數(shù)顯示當中，主要有出水、進水溫度數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)運行時間、進/出水溫度差、運行頻率等數(shù)據(jù)信息。在實際應用中，可以在顯示屏幕上任意切換操縱界面和監(jiān)督界面。在整個人機交互界面中，除了可以實現(xiàn)組態(tài)功能，還能夠控制下位機運行情況，從而實現(xiàn)一體化控制模式。

結束語

針對中央空調(diào)在日常應用中能耗較大的問題。通過應用PLC技術進行中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計，采用一用一備機組設置方法，降低空調(diào)內(nèi)部設備損壞對整個系統(tǒng)造成的影響，加強空調(diào)運行調(diào)控，保證運行平穩(wěn)，從而加強節(jié)能性，用戶可以在人機交互界面進行參數(shù)調(diào)整和設置，操作十分方便，值得進一步推廣。